包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置，应用于无线通信单元的RF发射机内的PA模块的电源电压，该校准方法包含：至少部分基于增益压缩因子ΔG，获取将被PA模块放大的波形信号的瞬态包络与PA模块电源电压VPA之间的映射函数，以实现PA的恒定增益；设置RF发射机的包络追踪路径至ET模式，此时该瞬态包络与VPA之间的映射关系依据获取到的映射函数而运作；应用包含随时间而变化的包络的训练信号至RF发射机的输入端；测量电池电流并至少部分基于电池电流，修正ΔG；以及至少部分基于修正后的ΔG，重新获取该映射函数。本发明实施例能利用ENV至VPA的映射策略开展自动校准，从而为不同的RMS输出功率级提供最优的电流消耗。
【专利说明】包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置
【【技术领域】】
[0001]本发明是有关于一种包络追踪系统(envelope tracking system)的校准方法及装置，尤其是关于一种应用于无线通信单元的射频(rad1 frequency，简称RF)发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统的校准方法及装置。
【【背景技术】】
[0002]本发明主要涉及并应用于无线通信系统中使用的RF功率放大器领域。来自无线通信系统中可用频谱的有限性的持续压力迫使频谱效应的线性调制方案的发展。而由于这些线性调制机制中的包络发生波动，这种现象导致天线所发射的平均功率远低于其最大功率，从而导致了功率放大器的低效率。因此，本领域致力于研究能够在功率放大器的“回退(back-off)”区(线性区)提供高性能的高效率拓扑结构。
[0003]线性调制机制需要对调制后的信号进行线性放大以最小化频谱再增长引起的不想要的带外辐射。但是，一典型RF放大装置中使用的有源器件本身便是非线性的。仅当已消耗的DC功率的一小部分转换为RF功率时，放大装置的转移函数才接近于一条直线，即才能如同运作为一理想的线性放大器。这种运作模式导致了 DC至RF功率转换的低效率，而这一点正是手持(用户)无线通信单元所不可接受的。此外，低效率对于基站台来说也是一个不容忽视的问题。
[0004]另外，手持(用户)设备的关注点在于增长电池使用寿命。为了同时实现线性度及高效率，所谓的直线化(linearisat1n)技术得以使用以改善高效率类别放大器(例如‘AB’类，‘B’类或‘C’类放大器)的线性度。大量各式各样的直线化技术应用于线性发射机，例如笛卡儿反馈(Cartesian Feedback),前反馈(Feed-forward)以及自适应性预失真发射机的设计中。
[0005]线性放大器(例如AB类放大器)的输出端电压通常依据最终的RF功率放大器(PA)设备的需求而设定。通常来说，PA的最小电压远大于AB类放大器的输出端设备的所需电压。因此，这并非最有效率的放大技术。发射机(主要是PA)的效率由输出端设备两端的电压，以及由于PA的最小电源电压(Vmin)需求而引起的任意下拉设备成分两端的过电压来决定。
[0006]为了提高发射上行链路通信通道的比特率，具有调幅(AM)成分的更大规模的星座调制机制得以研究并成为一种需求。该种调制机制，例如十六比特正交幅度调制(16-QAM)，需要多个线性的PA并与调制包络波形的高“峰值(crest)”因子(即波动的程度)有关。相比于早期经常使用的恒定包络调制机制，该种类型的调制机制能够引起功率及线性的更大程度的下降。
[0007]为了克服这种功率及线性的下降，多种方法得以提出。其中一种已知的包络追踪技术是关于对PA电源电压进行调制以匹配(追踪)RF PA正在发射的RF波形的包络。经由这种包络追踪技术，无线电发射机的瞬态PA电源电压(VPA)将近似匹配已发射RF信号的瞬态包络(ENV)。因此，PA中的功率消耗将与PA的电源电压与输出电压之间的差值成比例关系，包络追踪技术能使得PA效率增长，降低热消耗，并能对线性度进行改善以及提高最大输出功率，同时允许PA产生预期的RF输出。
[0008]图1所示为现有技术中两种PA电源电压技术的示意图100。其中第一种技术为PA提供了一固定的电源电压105，而第二种技术中PA的电源电压被调制以追踪RF包络波形115。在第一种技术中，无论正在放大的调制后RF波形的特性如何，仍存在PA可以使用的过电源电压净空值110(因此可能存在潜在的浪费)。而在第二种技术中，PA的过电源电压净空值120可通过对RF PA电源的调制而得以降低，从而使得PA电源能够准确的追踪到瞬态RF包络。
[0009]ENV与VPA之间的映射函数是形成最佳性能的关键，该最佳性能包括效率、增益以及相邻信道功率(adjacent channel power,简称ACP)。以及对于系统性能来说，同样关键的还包括RF信号与PA的VPA之间的时序对准(timing alignment)。
[0010]包络追踪可以与对RF信号的数字预失真(digital pre-distort1n,DPD)相结合以改善ACP的健壮性。由于ET系统通常实现为涉及多个功能方块的多芯片形式，该多个功能方块例如包括数字基带(BB)、模拟基带、RF接收机、功率管理以及PA，因此并不能保证ET系统的性能在硬件实现的所有器件上都是一致的。因此形成多个收发机校准级别以精确地映射及集中远离生产线的每个器件的ET性能成为一种需求。而为了使包络追踪成为更加经济化的一种技术，还需要最小化任何额外的生产校准时间和/或外部特性设备的使用。
[0011]因此，亟需一种更有效及节省成本的方法以解决ET系统校准的问题。尤其是，该方法能够利用ENV至VPA的映射策略开展自动校准，从而能为不同的RMS输出功率级提供最优或者接近最优的电流消耗，以在不增加任何额外的测试成本的基础上对制件间变差(part-to-part variat1n)进行补偿。因此,该方法需要寻找能提供低电流消耗的各种ENV至VPA的映射策略。
【
【发明内容】
】
[0012]有鉴于此，本发明实施例旨在于提供一种应用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置，以减缓、消除上述一个或多个问题。
[0013]根据本发明的第一实施例，提供一种包络追踪系统的校准方法，应用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压，该方法执行于该无线通信单元的至少一信号处理模块中，以及该方法包含:至少部分基于一增益压缩因子，获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现该功率放大器模块的恒定增益；设置该RF发射机的一包络追踪路径至包络追踪模式，在该包络追踪模式下该即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射关系依据获取到的该映射函数而运作；应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；测量该无线通信单元的一电池电流；至少部分基于测量得到的该电池电流，修正该增益压缩因子；以及至少部分基于修正后的增益压缩因子，重新获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。
[0014]根据本发明的第二实施例，提供一种通信单元，包含RF发射机模块，该RF发射机模块包含一包络追踪系统，用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压；该通信单元还包含至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统并用于:至少部分基于一增益压缩因子，获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现该功率放大器模块的恒定增益；设置该RF发射机的一包络追踪路径至包络追踪模式，在该包络追踪模式下该即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射关系依据获取到的该映射函数而运作；应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；测量该无线通信单元的一电池电流；至少部分基于测量得到的该电池电流，修正该增益压缩因子；以及至少部分基于修正后的增益压缩因子，重新获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。
[0015]根据本发明的第三实施例，提供一种集成电路，用于通信单元中，该通信单元包含RF发射机模块,该RF发射机模块包含一用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，该集成电路还包含:至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统并用于:至少部分基于一增益压缩因子，获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现该功率放大器模块的恒定增益；设置该RF发射机的一包络追踪路径至包络追踪模式，在该包络追踪模式下该即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射关系依据获取到的该映射函数而运作；应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络；测量该无线通信单元的一电池电流；至少部分基于测量得到的该电池电流，修正该增益压缩因子；以及至少部分基于修正后的增益压缩因子，重新获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。
[0016]根据本发明的第四实施例，提供一种电源电压的调制方法，该电源电压为无线通信单元的RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压，该方法包含，在该无线通信单元的至少一信号处理模块中执行下述步骤:接收即将被该RF发射机模块发射的调制用户数据；确定接收到的该调制用户数据的包络；基于接收到的该调制用户数据与即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数确定一瞬态电源电压信号，该映射函数为依据上述包络追踪系统的校准方法进行校准后得到的映射函数；以及应用该瞬态电源电压信号至该功率放大器模块的电源电压调制器中。
[0017]根据本发明的第五实施例，提供一种通信单兀,包含RF发射机模块,包含一用于该RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，该通信单元还包含至少一信号处理模块，该至少一信号处理模块用于校准该包络追踪系统以及用于:接收即将被该RF发射机模块发射的调制用户数据；确定接收到的该调制用户数据的包络；基于接收到的该调制用户数据与即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数确定一瞬态电源电压信号，该映射函数为依据上述包络追踪系统的校准方法进行校准后得到的映射函数；以及应用该瞬态电源电压信号至该功率放大器模块的电源电压调制器中。
[0018]根据本发明的第六实施例，提供一种集成电路，用于通信单元中，该通信单元包含RF发射机模块,该RF发射机模块包含一用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，该集成电路还包含:至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统以及用于:接收即将被该RF发射机模块发射的调制用户数据；确定接收到的该调制用户数据的包络；基于接收到的该调制用户数据与即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数确定一瞬态电源电压信号，该映射函数为依据上述包络追踪系统的校准方法进行校准后得到的映射函数；以及应用该瞬态电源电压信号至该功率放大器模块的电源电压调制器中。
[0019]本发明实施例的包络追踪系统的校准方法、电源电压的调制方法及装置，提供了一种有效且节省成本的包络追踪系统的校准方法。该方法及装置能够利用ENV至VPA的映射策略开展自动校准，从而能为不同的RMS输出功率级提供最优或者接近最优的电流消耗，以在不增加任何额外的测试成本的基础上对制件间变差进行补偿。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0020]图1所示为现有技术中的两种可选的PA电源电压技术的示意图；
[0021]图2所示为依据本发明一实施例的无线通信单元的结构示意图；
[0022]图3所示为依据本发明一实施例的无线通信单元中的RF收发机的部分模块的结构示意图；
[0023]图4所示为依据本发明一实施例的校准RF收发机内的包络追踪系统(至少校准一部分)的方法的流程图；
[0024]图5所示为依据本发明一实施例的PA模块的电源电压、输入功率以及输出功率之间的关系的曲线示意图；
[0025]图6所示为依据本发明另一实施例的PA模块的电源电压、输入功率以及输出功率之间的关系的曲线示意图；。
【【具体实施方式】】
[0026]在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准贝U。在通篇说明书及后续的权利要求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在本文中应解释为包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
[0027]本发明实施例以一个或多个用于无线通信单元中的集成电路为例予以描述，例如第三代合作伙伴项目(third generat1n partnership project, 3GPP?)中的用户设备。但是，本领域技术人员需要了解的是，本文所描述的发明概念不局限应用于任何类型的包含或形成包络追踪系统的集成电路、无线通信单元或者无线发射机中。此外，由于本发明所示例实施例的一部分可能是使用本领域技术人员所熟知的电子元件或电路予以实现，因此为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明的基本概念以及不对其产生错误的教示，在本文中对该部分电路将仅以图示的形式绘示而不会对其进行详尽的细节描述。
[0028]首先请参见图2，图2所示为依据本发明一实施例的无线通信单元的结构示意图，该无线通信单元例如可以是蜂巢式通信标准下的一用户单元(MS)或是第三代合作伙伴计划(3GPP?)通信系统中的一用户设备(UE)。该无线通信单元200包含一天线(ΑΝ?202，可选地耦接于一多工滤波器/天线开关204，该多工滤波器/天线开关204用以提供无线通信单元200中接收链及发射链之间的隔离。
[0029]如本领域技术人员所了解的，该接收链210包含接收机前端电路206 (有效地提供接收、滤波以及中频或基频转换功能)。该接收机前端电路206可选地耦接至信号处理器208。信号处理器208的输出提供至一合适的用户接口(UI) 230，该用户接口 230包含例如一屏幕或者一扁平面板显示器等。一控制器214提供对用户单元的总控制并耦接至该接收机前端电路206与信号处理器208 (通常通过一数字信号处理器(DSP)予以实现)。该控制器214还耦接于一存储器元件216，该存储器元件216储存各种运作机制，例如编码/解码功能、模式同步功能、码序列功能及类似功能。
[0030]在本发明实施例中，该存储器元件216还可储存调制数据，以及用于电源电压控制中以对通过无线通信单元200输出的无线电频率波形的包络进行追踪的供给功率数据。此外，一计时器218可选地耦接至该控制器214，用以控制无线通信单元200内各种操作时序，例如无线通信单元200内依赖于时间的信号的发射或接收的操作时序，以及发射链中PA电源电压的时间域变化检测的操作时序。
[0031]至于发射链220，其包含用户接口 230，该用户接口 230例如可以为一键盘或者一触摸屏，通过信号处理器228串接至发射机/调制电路222。该发射机/调制电路222处理发射的输入信号并调制及上变频该信号至一 RF信号以输出至功率放大器模块/PA集成电路224进行放大。经功率放大器模块/PA集成电路224放大后的RF信号发射至天线202。该发射机/调制电路222、功率放大器/PA集成电路224以及PA电源模块225分别响应于控制器214予以运作，其中该PA电源模块225还额外响应于来自发射机/调制电路222的包络调制波形的再产生。
[0032]在一些实施例中，该发射链220中的信号处理器228可以实现为不同于接收链210中的信号处理器208。可选的，如图2所示，一单独的处理器也可以同时实现发射链与接收链中的处理功能。无线通信单元200中的不同元件可以通过分离元件或者整合元件的形式予以实现，其仅取决于具体应用或者设计选择。
[0033]此外，依据本发明的实施例，该发射机/调制电路222结合功率放大器224，PA电源模块225、存储器装置216，计时器218以及控制器214 —起可以用于产生一可用于PA模块224的供给电源。例如，产生该供给电源以用于一宽频线性功率放大器，以及产生该供给电源用于追踪PA模块224的包络波形。
[0034]接下来请参见图3，图3所示为依据本发明一实施例的无线通信单元中的RF收发机300的部分模块的结构示意图，该无线通信单元例如为图2中所示的无线通信单元200。该RF收发机300可实现于一个或多个的集成电路设备中。在发射方向，该收发机300包括发射机/调制电路(TX) 222，耦接在第一基带元件(BB) 310与一 PA模块224之间，该基带元件310例如可设置于图2中的信号处理器228和/或控制器214中。该PA模块224经由一双重过滤器(DPX)与一天线开关模块(ASM)耦接至天线202 (图3中标示为“ANT”)，于图3中该双重过滤器(DPX)与天线开关模块(ASM)共同标示为204。PA电源电压调制器320(图3中标示为“MOD”)用于根据通过基带至PA电源电压调制器(BB-MOD)的路径330从基带元件310接收到的瞬态供给电源信号，以调制PA模块224的电源电压。该BB-MOD路径330可以为模拟或数字的形式，以及该控制信号可以为静态或者动态(即跟随PA RF信号的瞬态包络)的形式。在此方式下，PA电源电压调制器320，BB-MOD路径330以及基带元件310可以组合在一起以用于对PA模块224的电源电压实施包络追踪调制，从而提供至PA模块224的电源电压可大致追踪正在被PA模块224放大的RF波形的包络。因此，该PA电源电压调制器320，BB-MOD路径330以及基带元件310的对应部分可以形成(或至少部分形成)该收发机300的一包络追踪系统，或至少形成该包络追踪系统的一部分。而在接收方向，该收发机300包括接收器前端电路206 (图3中标示为“RX”)，耦接在双重过滤器DPX与基带元件310之间，该基带元件310例如可设置于图2的信号处理器208和/或控制器214中。
[0035]在本实施例中，该侦测元件350被示例为收发机300中的一分立元件，用于接收PA模块224输出信号的指示信息，并输出另一指示信息至基带元件310，该另一指示信号用于指示对PA模块224的输出功率的侦测结果。该侦测元件350可包含例如放大、下混频、模数转换等功能。在本实施例中，该侦测元件350耦接至一天线耦合器(CPL) 360，用于接收PA模块224输出信号的指示信息，该指示信息具体为提供至天线202的RF信号。优选地，通过使用提供至天线202的RF信号作为PA模块224输出信号的指示信息，该多重过滤器与天线开关模块204内发生的变化同样可以基于该侦测元件350所产生的侦测后输出功率信号在随后执行的校准操作中得到补偿。
[0036]显而易见的是，本发明并不局限于图3所示的收发机结构的特定实施例，其同样可以应用至其他的收发机结构中。例如，在其他的收发机结构中，该侦测元件350可以直接耦接至PA模块224的输出，并用于直接接收PA模块224的输出信号的指示信息。以及在其他可选的收发机结构中，侦测元件350还可以至少部分地与接收器前端电路206合并，以及通过双重滤波器接收PA模块224输出信号的指示信息。在此方式下，该侦测元件350可以再利用接收器前端电路206中的部分功能，例如ADC、基带功能等。
[0037]在本实施例中，无线通信单元200的电池(BAT) 385与PA电源电压调制器320之间还设置有电流镜元件(CM) 380。该电流镜元件380用于经由电流镜至基带(CM-BB)路径390提供关于电流的指示信息至基带元件310，该电流是指从电池385至PA电源电压调制器320的电流。
[0038]现在请参见图4与图5，图4所示为依据本发明一实施例的校准RF收发机内的包络追踪系统(至少校准一部分)的方法的流程图400，该包络追踪系统例如为图3所示的包络追踪系统340。在图3所示的实施例中，图4的方法可以实作于基带元件310中。
[0039]在包络追踪系统的校准过程中通常会遭遇到制造公差的问题，这意味着由于各元件的变化，不可能准确的知晓PA模块的精确增益。因此，很难精确地预测单个PA模块在特定的输入功率及PA模块电源电压组合下的运行状况及性能。但是，通过对包络追踪系统进行校准以使PA模块的增益得到一特定值的压缩，可以使各PA模块达到一致的系能，而不会受到元件变化的影响。
[0040]首先请参见图4，本实施例的校准方法起始于步骤410，接着移至步骤420，设置一初始的增益压缩因子△&，下面将对该步骤进行更详细的描述。该初始的增益压缩因子AGi定义了应用至PA模块224以实现PA模块的所需性能的一初始增益压缩。接着，该方法移至步骤430，至少部分基于增益压缩因子AG，例如最初在步骤420中设置的初始增益压缩因子Λ Gi，产生即将被PA模块224放大的波形信号的瞬态包络与PA模块的电源电压VPA之间的映射函数，该映射函数能够实现PA模块的一恒定的增益，关于该步骤430下面将参照图5进行更详细的描述。
[0041]本发明实施例中，在上述即将被PA模块224放大的波形信号的瞬态包络与PA模块的电源电压VPA之间的(初始)映射函数产生之后，该方法移至步骤440，发射机模块的包络追踪路径被设置为包络追踪模式，该包络追踪路径例如是由图3所示的包络追踪系统340所提供的路径，在该包络追踪模式下，即将被PA模块放大的波形信号的瞬态包络与PA电源电压之间的映射将使用上述产生的映射函数而运作。举例来说，如上所述的与图5所示的方法有关，基带元件310可用于产生一即将被收发机的发射链输出的包络调制波形信号，以及该包络追踪路径(例如由包络追踪系统340所提供的路径)被配置为运作于包络追踪模式，在此模式下，PA电源电压VPA基于上述步骤430中所产生的映射函数而设置。
[0042]接着，在步骤450中，一包含可随时间变化的包络的训练信号被应用至RF发射机模块的输入端。举例来说，该包络调制波形信号可以基于任何适当的训练信号。例如，该训练信号可以定义为包含一低于为特定收发机应用设置的预期数据带宽的带宽，和/或一峰值与平均功率比，该峰值与平均功率比等于为特定收发机应用设置的上行链路调制的峰值与平均功率比。输出功率的均方根(root mean square, RMS)从而可使系统的输出功率位于期望的窗口之内。该训练信号的实例可以通过下述的方程式(I)予以定义:
[0043]z (t) = 0.5 (Ι+sin (ω A)) exp (j ω 2t)(I)
[0044]其中I/Q信号的峰值与平均功率比(PAR_IQ)等于7dB，以及RF包络的峰值与平均功率比(PARR_RF)为4.3dB。此外，依据VPA信号特征所需的任何包络调制设置均是可以被配置为例如直流(DC)值，交流(AC)摆幅等。
[0045]在步骤450应用该训练信号至RF发射机模块之后，电池电流得到测量以提供反映例如PA模块224，发射机/调制电路224等元件的效率的指示信息。举例来说，请回至图3，在该示范例中，在无线通信单元200的电池385与PA电源电压调制器320之间设置了电流镜元件(CM) 380。该电流镜元件380用于经由电流镜至基带(CM-BB)路径390，提供从电池385流至PA电源电压调制器320和/或发射机/调制电路222的电流的指示信息至基带元件310。在此方式下，该基带元件310能够基于经由CM-BB路径390接收到的指示信息，监控流至PA电源电压调制器320和/或发射机/调制电路222的电池电流。在本发明的一些实施例中，该CM-BB路径390可用于为每一可能的电池电压、PA输入功率、以及PA电源电压调制器输出电压，监控该电池电流。
[0046]可以了解的是，本发明实施例并不仅限于对从电池385流至PA电源电压调制器320，PA模块224和/或发射机/调制电路222的电流的测量，并且可以预见的是，从该电池385流至收发机300和/或无线通信单元200的其他任何元件的电流均可以额外地/可选地得到测量，以在当前配置下提供有关收发机300和/或无线通信单元200的效率的指不?目息。
[0047]值得注意的是，通过降低PA的电源电压VPA，PA模块224的电流消耗可以得到降低，从而可导致PA效率的提高。因此，通过监控流至PA模块224的电池电流，包络追踪系统320可以得到校准，以实现最小PA电池电流，从而使PA模块224的效率得到优化。
[0048]PA电源电压VPA的降低还将导致PA模块224增益的下降。因此，为了实现PA模块224所需的输出功率,需要增加PA模块224的输入功率。该输入功率的增加将导致发射机/调制电路222所汲取电流的增加。因此，为了获得PA模块224和发射器/调制电路222的最小组合电流，需要在降低PA电源电压VPA以减少PA模块224的电流消耗，与增加PA模块224的输入功率以增加发射器/调制电路222的电流消耗这两者之间找到一个平衡。因此，通过同时监测流至PA模块224和流至发射器/调制电路222的电池电流，包络追踪系统320可以得到校准，以实现PA模块224与发射机/调制电路222的最小组合电流。
[0049]再回到图4，在步骤470中，测量后的电池电流接着将与前次(循环)测量中得到的电池电流进行比对。若比对结果为本次测量的电池电流不大于前次测量的电池电流(或者若本次测量为首次测量)，本实施例的方法将移至步骤480，增益压缩因子AG将下降一个增量AD。接着，在本实施例的步骤490中，将进行一次检测以确定在本次循环中所产生的映射函数下PA模块所需的峰值输出功率是否能实现。
[0050]若检测的结果为该峰值功率能够实现，本实施例的方法将回到步骤430，至少部分基于修正后(即下降后)的增益压缩因子AG产生一新的映射函数。但是，若检测的结果为该峰值功率不能实现，这意味着在本次循环中得到的映射函数能够提供即将被放大的波形信号的瞬态包络与PA电源电压VPA之间的最有效的映射，因此本实施例的方法将在步骤495结束。
[0051]再回到步骤470，若步骤470的比对结果为本次测量的电池电流大于前次循环中测量的电池电流，这意味着前次循环所产生的映射函数可实现一最小电池电流以及因此能提供即将被放大的波形信号的瞬态包络与PA电源电压VPA之间的最有效的映射，因此此时本实施例的方法也将在步骤495结束。
[0052]在图4所示的实施例中，增益压缩因子AG可通过递减一增量AD逐渐下降的方式而得到重复的修正。需要了解的是，本发明实施例并不仅限于以这样的方式对增益压缩因子AG进行修正，在其他的实施例中，其他适宜的修正方式同样可以应用至本发明中。举例来说，可以将初始增益压缩因子AGi设置为一很小的值(该值可以为0)，从而增益压缩因子AG可以通过递增一增量AD而逐渐增加的方式得到重复的修正，直至实现最小电池电流为止。可选地，本发明实施例也不限于通过设置一增量AD的方式来重复的修正该增益压缩因子AG。举例来说，该增益压缩因子AG每次被修正的数值还可以是依据每次重复的过程可调的，例如其可以基于测量得到的电池电流的振幅，和/或每两次重复测量过程间电池电流之间的差值而得到调整。
[0053]图5所示为依据本发明一实施例的产生一映射函数的方法的流程图500，该方法可用于例如图4所示的步骤430中，以及关于该方法的更详细的描述可参见由本申请发明人共同申请的13/798，099号US专利申请，以下将整体引用此部分的内容以作为参考。图5所示的方法开始于步骤505，并移至步骤510执行对RF收发机的发射链的传统的固定漏校准操作，以对PA模块以及模拟发射链进行校准。该固定漏校准操作例如包括第一步，使用通过外部功率测量计370得到的至少一测量结果对侦测反馈路径(图3所示的CPL至DET的路径355)进行校准。一旦该侦测反馈路径355经校准后，可得到精确的功率测量，从而一查找表(LUT)得以建立，该查找表中包含:与每一期望的输出功率范围对应的带宽、发射机/调制电路及PA增益的设置。此外，通过使用该侦测元件350，还可以于基带元件310中建立一查找表，该查找表对应于包络追踪系统340，用于储存多个恒定的PA电源电压值与其各自对应的PA输出功率值。
[0054]固定漏校准操作执行之后，图5所示的方法将进入至下一阶段，其中包含对包络追踪系统的初始校准(粗校准)。该粗校准阶段起始于步骤515，其中基带元件(一个或多个)产生即将通过收发机的发射链输出的一连续波形，以及该包络追踪路径被配置为运作在一特征模式(characterisat1n mode)。例如,该基带元件可以产生如下的连续波形:
[0055]z (t) =A* exp (j ω0t)(2)
[0056]如若需要，该连续波形可以是占空比可调的，以降低平均功率以及具有接近于场地环境的热环境。当PA电源电压并非来源于即将被放大的波形信号的包络，而是被设置为一参考电压(VPA_ref )时，可认为包络追踪路径处于一特征模式。参考电压VPA_ref可以是依据平台(platform-dependent)预先设置的电压值，该电压值基于系统正使用的特定PA应用的特性或数据表数据而选择设定。实际应用中，PA电源的VPA_ref电压值通常会因为电源电压路径内的成分变化而发生制件间的变化(vary form part to part),该电源电压路径例如为位于图3所示的电源电压调制器320，以及对应的第二基带成分312内的路径。但是本发明实施例的校准方法可以克服上述变化所带来的影响，关于这部分将在下文进行详细描述。
[0057]通过配置基带元件以产生连续波形以及将包络追踪路径运作于特征模式(即将PA的电源电压VPA设置至恒定的参考电压VPA_ref )之后，本实施例的方法移至步骤520，确定用于定义PA模块的线性工作区的上限的多个参考数据点值，该PA模块于线性工作区的上限位置时具有更有效的效率。因此，本实施例中，当PA电源电压被设置为一恒定的参考电压VPA_ref时，能产生一预定的参考输出功率信号Pout_ref的输入至PA模块的参考输入功率信号(Pin_ref)予以确定。需要说明的是，可以通过选择设置该参考电压VPA_ref与该预定的参考输出功率信号PoUt_ref的值，以使得PA模块偏置运作于线性工作区的上限。
[0058]于本实施例中，实际包含一重复运作过程，举例来说，如图3所示，PA模块224的输出功率经由侦测元件350及基带元件310的对应部分予以侦测，以及至少一指示信息反馈至基带元件310的该部分以用于通过发射机/调制电路222输出RF波形至PA模块224。在此方式下，该基带元件310可以响应于从侦测反馈路径(该侦测反馈路径包括侦测元件350及基带元件310的对应部分)接收到的输出功率指示信息，重复地校正通过该发射机/调制电路222提供至PA模块224的RF波形信号的输入功率，直至获得该预定的参考输出功率信号Pout_ref为止。例如，上述输入功率Pin可以基于下述方程式(3 )得到重复地校正:
[0059]Pin(k) = Pin(k~l)+(Pout_ref-Pout(k~l))(3)
[0060]其中功率表示为以dBm为单位。可选的，上述方程式(3)还可以以mW或者其他为单位，以及上述重复的校正可以据此方程式予以执行。而恒定参考电压VPA_ref与参考输出功率信号Pout_ref的预定值可以根据所使用的特定的PA模块，多重过滤器以及天线开关模块予以选择。
[0061]假设使用一占空比可调的连续波形输入信号(例如用于降低平均功率及使热环境接近于场环境)，上述目标输出功率将包含Pout_ref X占空比。
[0062] 如前所述，参考电压VPA_ref与预定参考输出功率信号Pout_ref可以被选择设定，以使PA模块偏置运作于线性工作区的上限，以达到PA的最高工作效率。但是，由于各个单独元件具有各自的制造公差(manufacturing tolerance),实际的PA电源端的VPA_ref电压值通常会依据制件的不同而发生变化，以及实际中很难精确的预测每个PA模块的线性工作区的具体上限位置。因此，在本实施例中，在确定了用于定位PA模块的线性工作区的上限的多个参考数据点值(包括设置Pin=Pin_ref，Pout=Pout_ref以及VPA=VPA_ref )之后，该方法移至步骤525，将PA的输入功率维持在Pin_ref，能够使PA的输出功率等于Pou_ref减去一预定增益压缩因子AG的PA电源电压则为VPA_cmp_a，如下述方程式所示:
[0063]Pout = Pout_ref- Δ G(4)
[0064]其中功率以dBm为单位，AG以dB为单位。上述方程式(4)的等效实现中还以其他的单位，例如mW或W来表示。如图5所示，此处同样可包含一重复运作流程。例如，PA电源电压VPA可以重复地基于下述方程式(5)予以校正:
[0065]
【权利要求】
1.一种包络追踪系统的校准方法，该包络追踪系统应用于无线通信单元的RF发射机内的功率放大器模块的电源电压，其特征在于，该方法执行于该无线通信单元的至少一信号处理模块中，以及该方法包含: 至少部分基于一增益压缩因子，获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现该功率放大器模块的恒定增.、M ; 设置该RF发射机的一包络追踪路径至包络追踪模式，在该包络追踪模式下该即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射关系依据获取到的该映射函数而运作； 应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络； 测量该无线通信单元的一电池电流； 至少部分基于测量得到的该电池电流，修正该增益压缩因子；以及 至少部分基于修正后的增益压缩因子，重新获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。
2.如权利要求 1所述的方法，其特征在于，该方法的所有步骤得到重复的执行，直至重新获取到的该映射函数能够实现该无线通信单元的最小电池电流为止。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该测量该无线通信单元的一电池电流以及至少部分基于测量得到的该电池电流，修正该增益压缩因子的步骤包含: 将当前次测量的电池电流与前次测量的电池电流进行对比； 若该当前次测量的电池电流不大于该前次测量的电池电流，则依据一增量值修正该增益压缩因子，并至少部分基于该修正后的增益压缩因子重新获取该映射函数。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法还包含: 重复循环地执行该依据一增量值修正该增益压缩因子，并至少部分基于该修正后的增益压缩因子重新获取该映射函数的步骤，直至侦测到该电池电流的增长，或者侦测到该功率放大器模块所需的峰值输出功率无法实现为止。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该测量该无线通信单元的一电池电流的步骤具体包含: 监控该无线通信单元的电池流至该功率放大器模块与该无线通信单元的发射机/调制电路两者中的至少一者的电流，并至少部分基于监控的电流结果测量该无线通信单元的电池电流。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该监控该无线通信单元的电池流至该功率放大器模块与该发射机/调制电路两者中的至少一者的电流的步骤具体为: 监控该电池流至该功率放大器模块与发射机/调制电路的一组合电流。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分基于下述条件中的一个定义初始的该增益压缩因子: GPA_ref-ΔG+Pin_max ^ Pout_max,其中Pout_max代表所需的最大峰值输出功率，GPA_ref代表当Pin=Pin_ref, Pout=Pout_ref以及VPA=VPA_ref时的功率放大器模块增益，其中PiruPout与VPA分别代表该功率放大器模块的输入功率、输出功率及电源电压，Pin_ref、Pout_ref与VPA_ref分别代表参考输入功率，参考输出功率及参考电源电压；当该功率放大器模块的最小输入功率对应的包络未被反低槽处理，及VPA=VPA_max时，Gain ≥ GPA_ref - AG ； 当该最小输入功率对应的包络未被反低槽处理，及VPA=VPAjnin时，Gain ( GPA_ref - AG，其中Gain代表该功率放大器模块的增益，该反低槽处理代表经处理后的包络即便在最小输入功率下，其最小值也不会降至零值； 发射机/调制电路，该功率放大器模块，多重过滤器以及天线开关模块中的至少一个。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该至少部分基于一增益压缩因子，获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现该功率放大器模块的恒定增益的步骤包含: 设置该功率放大器模块的一参考电源电压； 确定该功率放大器模块的一参考输入功率，该参考输入功率所产生的该功率放大器模块的输出功率与一参考输出功率相等，其中该参考电源电压与该参考输出功率的设置能使该功率放大器模块偏置运作于其线性区的上限； 设置至少一个第一校准数据点，该至少一个第一校准数据点对应的输入功率等于该参考输入功率，以及该至少一个第一校准数据点对应的输出功率等于该参考输出功率减去该增益压缩因子。
9.如权利要 求8所述的方法，其特征在于，该至少部分基于一增益压缩因子，获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现该功率放大器模块的恒定增益的步骤还包含: 设置该RF发射机模块的包络追踪路径至特征模式，在该特征模式下该功率放弃模块的电源电压不依赖于接收到的波形信号的瞬态包络； 应用一连续波形训练信号至该RF发射机模块的输入端，该连续波形训练信号包含一恒定的包络； 获取当该功率放大器模块包含第一增益时的该至少一个第一校准数据点； 获取当该功率放大器模块包含第一增益时的至少一个第二校准数据点； 至少部分基于该至少一个第一校准数据点与该至少一个第二校准数据点，获取该即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，获取该至少一个第二校准数据点的步骤具体包含: 设置该功率放大器模块的输入功率为第二校准数据点输入功率，该第二校准数据点输入功率与该第一校准数据点对应的输入功率减去一预定值ΛΡ相等； 确定该功率放大器模块的第二校准数据点电源电压，该功率放大器模块于该第二校准数据点电源电压时产生的输出功率与第二校准数据点输出功率相等，该第二校准数据点输出功率等于该第一校准数据点对应的输出功率减去该预定值ΛP ; 至少部分基于该第二校准数据点输入功率与该第二校准数据点电源电压获取该至少一个第二校准数据点。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于下述条件的至少一个来定义该训练信号:该训练信号的带宽低于为该RF发射机模块的特定应用设置的预定带宽； 该训练信号包含的峰值与平均功率比等于为该RF发射机模块的特定应用设置的上行链路调制的峰值与平均功率比； 该功率放大器模块的输出功率的均方根设置为能使该RF发射机模块的特定应用下的系统的输出功率位于期望的窗口之内；以及 该训练信号定义为:z(t) = 0.SQ+sir^c^tDexpG.ω2?)。
12.—种通信单兀,包含RF发射机模块,该RF发射机模块包含一包络追踪系统,用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压；其特征在于，该通信单元还包含至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统并用于: 至少部分基于一增益压缩因子，获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现该功率放大器模块的恒定增.、M ; 设置该RF发射机的一包络追踪路径至包络追踪模式，在该包络追踪模式下该即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射关系依据获取到的该映射函数而运作； 应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络； 测量该无线通信单元的一电池电流； 至少部分基于测量得到的该电池电流，修正该增益压缩因子；以及至少部分基于修正后的增益压缩因子，重新获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。
13.一种集成电路，用于通信单元中，该通信单元包含RF发射机模块，该RF发射机模块包含一用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，其特征在于，该集成电路还包含: 至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统并用于: 至少部分基于一增益压缩因子，获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数，以实现该功率放大器模块的恒定增.、M ; 设置该RF发射机的一包络追踪路径至包络追踪模式，在该包络追踪模式下该即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射关系依据获取到的该映射函数而运作； 应用一训练信号至该RF发射机模块的输入端，该训练信号包含随时间而变化的包络； 测量该无线通信单元的一电池电流； 至少部分基于测量得到的该电池电流，修正该增益压缩因子；以及至少部分基于修正后的增益压缩因子，重新获取即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。
14.一种电源电压的调制方法，该电源电压为无线通信单元的RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压，其特征在于，该方法包含，在该无线通信单元的至少一信号处理模块中执行下述步骤: 接收即将被该RF发射机模块发射的调制用户数据；确定接收到的该调制用户数据的包络； 基于接收到的该调制用户数据与即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数确定一瞬态电源电压信号，该映射函数为依据权利要求1-11任一所述的方法进行校准后得到的映射函数；以及 应用该瞬态电源电压信号至该功率放大器模块的电源电压调制器中。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法还包含: 至少部分基于输出功率所需的均方根选取该即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数。
16.—种通信单兀,包含RF发射机模块,包含一用于该RF发射机模块内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，其特征在于，该通信单元还包含至少一信号处理模块，该至少一信号处理模块用于校准该包络追踪系统以及用于: 接收即将被该RF发射机模块发射的调制用户数据； 确定接收到的该调制用户数据的包络； 基于接收到的该调制用户数据与即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数确定一瞬态电源电压信号，该映射函数为依据权利要求1-11任一所述的方法进行校准后得到的映射函数；以及 应用该瞬态电源电压信号至该功率放大器模块的电源电压调制器中。
17.一种集成电路，用于通信单元中，该通信单元包含RF发射机模块，该RF发射机模块包含一用于该RF发射机内的功率放大器模块的电源电压的包络追踪系统，其特征在于，该集成电路还包含: 至少一信号处理模块，用于校准该包络追踪系统以及用于: 接收即将被该RF发射机模块发射的调制用户数据； 确定接收到的该调制用户数据的包络； 基于接收到的该调制用户数据与即将被该功率放大器模块放大的波形信号的瞬态包络与该功率放大器模块的电源电压之间的映射函数确定一瞬态电源电压信号，该映射函数为依据权利要求1-11任一所述的方法进行校准后得到的映射函数；以及 应用该瞬态电源电压信号至该功率放大器模块的电源电压调制器中。
【文档编号】H03F1/30GK104079243SQ201310692204
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2012年12月19日
【发明者】曼诺·克兰多斯·安西索, 陈信宏, 乔纳森·理查·思创 申请人:联发科技（新加坡）私人有限公司